CH河道水流泥沙特性

第一章：河道水流、泥沙基本特性1.1紊流的形成與猝發(fā)紊動切應力一、紊動切應力概念由于渦漩混摻引起質(zhì)點動量交換而產(chǎn)生脈動流速及相應紊動切應力，也稱附加切應力。表達形式1：式中，ux’uy’是指空間某點瞬時ux’和uy’在某時段的時均值。ux=ux+ux’；uy=uy+uy’；式中，ux為瞬時值，ux為時均值，ux’為X方向的脈動流速紊動切應力表達形式2：影響εm的幾個量在量測和確定上都存在不少困難，在實際計算中，通常由切應力和時均流速分布反推εm值。紊動切應力表達式在恒定二元均勻明流，水深為h，水力坡度為J，作用于底壁的切應力為：τ0=rhJ；根據(jù)理論與實測資料分析得到紊流切應力沿水深按直線分布：τ=r(h-y)J=τ0(1-y/h)表達形式3：τ=ρl2(dux/dy)2普蘭特根據(jù)動量傳遞原理或摻混長度理論得到。1.2、明渠水流的流速分布一、明渠水流流速分布一、明渠水流流速分布一、明渠水流流速分布一、明渠水流流速分布一、明渠水流流速分布上式為：三種壁面的統(tǒng)一對數(shù)流速公式，（式中，x為修正系數(shù)，其中糙壁x=1；光壁和過渡壁面x是ks和δ的函數(shù)。）κ卡門常數(shù)愛因斯坦公式8.5明渠水流的流速分布二、對數(shù)區(qū)流速分布上式為：三種壁面的統(tǒng)一對數(shù)流速公式，（式中，x為修正系數(shù)，其中糙壁x=1；光壁和過渡壁面x是ks和δ的函數(shù)。）κ卡門常數(shù)愛因斯坦公式8.5

天然河流的阻力分為定床阻力和動床阻力，清水阻力和挾沙水流阻力：

河流是河道和水流兩部分相互作用下的水流運動。河道由泥土、沙礫、卵石和頑石等組成，統(tǒng)稱為泥沙。1、河道水流的兩相性：水（連續(xù)介質(zhì)）和沙（非連續(xù)介質(zhì)的顆粒群體）。（1）重力、（2）慣性力、（3）阻力2、河道水流的三維性：河道斷面不規(guī)則，順直段很短，寬深比小，尤其是彎曲河流。3、河道水流的非恒定性：來水來沙隨時間變化；河床處于不斷的變化中。4、河道水流的非均勻性：5、不平衡輸沙；§1.3河道水流基本特性河道水流的流型：河道水流的雷諾數(shù)一般都比較大，其流型一般居于阻力平方區(qū)。河道水流的主流與副流：主流（又稱正流、元生流）是水流沿著河槽總方向的流動。與主流相對應的有副流（又稱次生流）。如環(huán)流次生流：在比較順直的河段中，當流量隨時間變化劇烈時，常常產(chǎn)生微弱的環(huán)流。分散流：河流漲水時，兩岸水位低于斷面中間水位，產(chǎn)生河底水流向兩岸分散的兩個環(huán)流，兩岸淤積，中間沖刷。集合流：河流退水時，產(chǎn)生的向河底集聚的兩個微弱環(huán)流，兩岸沖刷，中間淤積。河灣水流：是河道中常見的水流現(xiàn)象，一種三元流動。實際是橫向運動與縱向運動結(jié)合的螺旋流。

不同情況下的環(huán)流結(jié)果河道水流的流速分布卡曼-普蘭特爾（Th.von.Darman-L.Prandtl）對數(shù)流速分布公式

對數(shù)及反三角函數(shù)流速分布

指數(shù)公式

幾個松概念譯簡析粗糙燃高Ks：是罷天然涂壁面品的當昆量粗額糙高尿，它概綜合船反映壁面偏粗糙區(qū)程度、形式和分布等因貧素對朽水流數(shù)的影仰響。裙不僅錦只反拿映槽暗壁的粗糙燒程度，同有時還湯與粗假糙的形式和分布案狀況有關(guān)櫻。在鏟河道歇和明面渠中咸，粗尊糙程添度、蛙形式韻和分智布都針是不智均勻增的，拉也是船隨機譯的，Ks是反漸映這煙些因規(guī)素的王一個帶綜合竭參數(shù)滴。通常倘采用軋實測毫的方頌法來腎確定Ks，即謝測出壁河槽阿的流胸速分應布和U*，再頌用槽蔽壁流密速公乳式反楚推粗桶糙高漁。也有眼人用橋床沙搞情況究來初寨估Ks，如話對于雙均勻爭床沙秧，采囑用Ks景=0小.7泄d，d為床泥沙粒園徑；茄如對垃于非們均勻躁床沙通，采魔用Ks溉=d65，d65為床逮沙組捷成中育出現(xiàn)喂概率怨是65差%的粒止徑；擴不同高實驗救條件跑不同嘗，僅思供參進考。8.5槽壁歸流速魂公式:幾個央概念膚簡析摩阻魂流速U*：U*=摩阻溫流速U*反映碗了水擴流的轉(zhuǎn)紊動雜情況叮，廣充泛應練用在預泥沙粉研究稅中。U*與脈瀉動強拔度的黑數(shù)值窯大小英相當疊。τ0是起值動拖江曳力舅，即預泥沙拾處于狂起動役狀態(tài)纏的床仁面剪恐切力見。τ0=γh予J=ρU*2gR便J=τ0ρ常用劈燕計算用的推穿導Ks和糙滅率n的計疼算：例：堂先測滑得河揀流水徑深h,再測煩水流趨垂線浙上兩重點流寶速，際如：禍從水富面測摘得U0.瘡2h=u1;U0.撤8h=u2，由流野速分草布公河式：u1=5芒.7圈5U*lg倦(2凝4h咐/K袖s)u2=5頃.7靠5U*lg宵(6辰h/肅Ks務)lghKs=0.青77詞8u1/u2-1相.3棗81-促u1/u2h,惠u1趕,u包2得K令sKs多測革幾點磨流速許，計巧算Ks和n值，惠以供俊校核錢，或課取平睡均。離水括面的鍛距離狹；y1=h轎-0期.2用h=湯0.德8h；y2=h皮-0捉.8肌h=廁0.隙2h；常用義計算境的推須導Ks和糙湊率n的計削算：例：網(wǎng)先測繞得河坑流水奏深h,再測待水流瘡垂線疼上兩進點流漠速，藏如：駱測得U0.合2h=u1;U0.刺8h=u2，由流竿速分然布公朵式：c=層18扁lg夏(1丈2.譽27胸R/拋Ks毯)n=nR1/糠618董lg12落.2膜7RKs將實然測的lg宅(h/K病s)代入體上式有，令R=含h=5.淡57燥u1/u2-5愧.2棕7u1/u2-1c=(u櫻1/鎖u2妄-1診)h1/幸65.粒57群(u1/u2+0摩.9長5)n多測紛幾點胳流速恥，計靜算Ks和n值，薪以供犯校核燥，或辛取平小均。UU*=cg作業(yè)茅或習遠題P1尼6第一霉題；咬已知御某河仇實測饑水深H=版3.船6米，鈔三點秤法測質(zhì)得的擱流速拳分別慘為U0.主2=1痕.8霞2m橋/s挽,偏U0.踢6=1忍.6身0m犬/s儀,荒U0.迎8=1破.5汗0m劫/s伴,試求頂河床退的粗貍糙高頭度KS及曼賴寧糙字率n。U=1nR2/牙3J1/叉2曼寧鵝公式U*=gR少J;UU*=cg§1立.4河流砌泥沙擁的來第源與朗幾何延特性一、退泥沙彈的來般源泥沙：指售所有券在流槽體中守運動銷或受愛水流釋、風敵力、段波浪刷、冰境川及鋒重力旺作用拾移動青后沉濟積下滋來的曾固體加顆?？ㄋ樾祭郏ㄥX棍寧、19鋼83）。掙粒徑輸大小落可差嗓數(shù)十~數(shù)萬駁倍。齡粒徑捏大小松一般油變化堅在0.瘦00浸1~喉10播0.需0m斤m。主要來自災巖石墳的風砍化，土壤杯侵蝕敬，火拖山噴邁發(fā)產(chǎn)車生的捎火山上灰、鞏生物更骨骼壞、貝棋殼分葡解及烈人類是各種矛生產(chǎn)法活動討的廢魔棄物壺。河流勢泥沙頌的來慢源可以紛分為暈兩類鐵：一叼類是警來自帶流域鋒降雨爐形成洞的地卷面徑雨流對國地表撥的沖炒蝕，討通常掉稱為悶水土莖流失亭；另每一類鳴是從昏原河綁床沉離積層啟沖刷興起來雀的。廣河流樸泥沙便在運仗動過哄程中麻與床頌沙相變互交究換，沃塑造魔了不卸斷變崖化的控河床寫形態(tài)辟。按導加致土濤壤侵蔽蝕的誼外營削力種旨類劃燈分在我舊國引仿起土富壤侵驗蝕的孟外營乘力種遮類主要有水舒力、奴風力蓬、重仰力、換水力蹦和重宿力的而綜合謹作用印力、訓溫度(由凍崇融作晌用而攜產(chǎn)生紐奉的作悼用力)作用毛力、跨冰川零作用亡力、落化學萍作用絡力等水，因冊此土評壤侵翁蝕類準型就歷有水背力侵鳳蝕、腹風力袍侵蝕包、重歸力侵男蝕、雅凍融無侵蝕冤、冰肉川侵柏蝕、仁混合織侵蝕、化學掃侵蝕和生釋物侵撈蝕等類型。水力侵蝕類型冰川侵蝕類型風力侵蝕類型凍融侵蝕類型重力侵蝕類型土壤侵蝕類型混合侵蝕類型化學侵蝕類型生物侵蝕類型水土皂流失（so歲il伐L策os膝s)包括哥水和因土的洲流失散兩個劫方面宗。它愿與土溪壤侵鹽蝕概診念不冤同。您從侵頸蝕作友用餐力來茄看，咐為水節(jié)力侵顏蝕，綢水土玩流失螞量是鼓指離顯開某脾一范梯圍的居地表岸物質(zhì)咱總和歐，一出般土周壤侵撫蝕量地大于揉水土阻流失走量。土壤枯侵蝕絡與產(chǎn)犬沙（se樓di癢me雪nt暮y膀ie辟ld岔)也是螞兩個索不同悟的概糊念，躬產(chǎn)沙游是指喂侵蝕顏的土贏壤量誦能夠攏到達砌流域謙出口悄的泥松沙量童。因墾此，良產(chǎn)沙百小于歐侵蝕在量，存兩者柱之間銅用泥宗沙輸瘋移比關(guān)表示裙。如坦以長瞧江上掘游宜跡昌，20世紀80年代趕平均拔侵蝕適量為15撈.7億噸平，同放期宜怪昌站鋤輸出斜沙量5.張49億噸流域誘地表北水土囑流失眠的嚴片重程膏度是繩用侵套蝕模宣數(shù)M來表俱示的冷，它設表示妹流域池上每茅平方祥公里枝地面丟每年命沖蝕雖的泥乖沙量冤。黃蔬土高塔原的M大于10患00裹t/忍(k訊m2.a焰)。相層當于遭地面秋每年炕普遍懇被沖啊走0.捧6m愧m以上逆厚的挑土層深。陜惱北個白別地赴區(qū)M高達10撤00畝0t膜/(慶km2.a誤)。我跡國南椅方流衛(wèi)域M一般10尼0t為/(是km2.a競)左右席。河流泊中泥獵沙的襖含量威隨區(qū)遣域水唇土流傾失情竿況的縣不同聚差異茶很大文。黃筋河干公支流皮河道懂實測子最大版含沙零量達映到15饑00遮kg打/m3，平據(jù)均為30那0k合g/納m3，國誼內(nèi)外六主要陵河流騰的含儲沙量何見表客。土壤級侵蝕薄的危柳害表慌現(xiàn)為鋸：（1）水拆資源毯和土晉壤資平源惡珠化。豎年流磁失耕帖地表該層土害壤1c云m，流治失的腐養(yǎng)分傍相當夏于40襪00萬t的化揭肥量孟。（2）農(nóng)囑田、津耕地再水沙關(guān)為害紹。溝狼壑縱謝橫切胸割造米成耕傅地大際面積覽破壞他。（3）對觀下游撥水系慚的危揮害。池河床由抬高送，防向洪能欠力下豆降，濃湖泊每面積露縮小漢，調(diào)殃蓄能繪力減蓋小。（4）流攏域內(nèi)灘水庫示淤積功、庫嘩容減住少、傲水利鐘設施乖效率握降低都。二、尿泥沙車顆粒雙的大傾小——粒徑1、等賺容粒推徑：飲體積住相當擁的球匙體直奮徑；澤粗顆針粒2、平較均粒噴徑：懂算術(shù)毫平均終和幾斤何平航均；2、篩衰分?？笍剑汉葎偤檬纺芡ㄩW過篩哈孔的灣粒徑弓；停滾留在D1，通顯過D2的平仙均粒衛(wèi)徑；握細顆撫粒3、沉憲降粒附徑：施粒徑昌小于0.危1m筍m。<0壇.1訪mm的細據(jù)沙泥沙清顆粒翁分類須：方扎法很怒多，晴結(jié)果脂有差栽別。三、濟泥沙貢的群栽體特荷性三、沉泥沙紡的群慰體特敏性三、王泥沙莫的群予體特穗性§1泡.3泥沙著的重率力特癢性和秒渾水蕩性質(zhì)一、液泥沙剃的容趨重容重即：泥責沙顆刮粒的鋸重量讓與其仿實際神體積窗之比承，用類。雪與的泥沙魔的礦末物組名成決艦定。聰一般垂分為過膠體國分散盞礦物需、輕而礦物達和重屢礦物園?！?敗.5泥沙繼的重針力特椅性和來渾水責性質(zhì)二、嚴泥沙域淤積山物干率容重（1）泥童沙淤游積物粉干容摩重（sp場ec狐if坦ic桃w爐ei香gh寺t)單位軍體積抬的沙敢樣干件燥后證的重挖量。鳳也稱圓干密救度打。萄由于革泥沙號顆粒煙存在裹孔隙劑，干高容重愚一般過小于嘆個體練顆粒至的容朝重。榨在分搖析河壟床沖恒淤變軋化時牽，泥溜沙沖繪淤的旺重量綠必須扛通過樸泥沙每的干料容重茅換算猴為泥籌沙沖菜淤體蜓積。影響遣干容邀重的移主要宵因素門有粒債徑組殘成，澤淤積型歷時禾，埋架藏的予深度陵和環(huán)萄境等割。（2）干缺容重打計算易方法（3）泥旦沙粒設徑對適干容貞重的屢影響遙；（4）干傍容重瞞與淤凝積深下度和訴淤積肢歷時搬關(guān)系廊；（5）泥沙怖的水幟下休膽止角部：靜竟水中段的泥信沙由艙于摩閱擦力崗作用抓，堆極積成憑一定誦角度陳的穩(wěn)知定傾鴿斜面串。（4）干儉容重欺與淤座積深跪度和表淤積叛歷時今關(guān)系證；（5）泥沙餅的水答下休布止角穩(wěn)：靜肢水中細的泥總沙由檔于摩驢